【題目】多尺度復雜化學系統(tǒng)模型可以用量子化學計算小區(qū)間內(nèi)(如生物固氮時固氮酶中)的化學反應。

(1)固氮酶有鐵蛋白和鉬鐵蛋白兩種，它們不僅能夠催化N2還原成NH3，還能將環(huán)境底物乙炔催化還原成乙烯。

①乙炔是__________(填“非極性”或“極性”)分子。

②碳負離子CH3-的立體構型為____________。

③根據(jù)等電子原理，NO＋的電子式為________________。

(2)釩可用于合成電池電極，也可用于人工合成二價的釩固氮酶(結(jié)構如圖a)。

①V2＋基態(tài)時核外電子排布式為____________________________________________。

②釩固氮酶中釩的配位原子有_____________________________(填元素符號)。

(3)煙酰胺(結(jié)構如圖b)可用于合成光合輔酶NADPH，煙酰胺分子中氮原子的雜化軌道類型有_______________________，1 mol該分子中含σ鍵的數(shù)目為________。

(4)12 g石墨烯(結(jié)構如圖c)中含有的正六邊形數(shù)目約為________；請你預測硅是否容易形成類似石墨烯的結(jié)構，并說明理由：___________________________________。

【答案】非極性 三角錐形 1s22s22p63s23p63d3(或[Ar]3d3) S、N sp2、sp3 15NA 0.5NA 不容易，硅原子半徑大，3p軌道不易形成π鍵

【解析】

(1)①乙炔是為直線型對稱結(jié)構，分子中正負電荷重心重合；

②計算CH3-離子中C原子價層電子對數(shù)、孤電子對數(shù)，進而確定其空間構型；

③等電子體結(jié)構相似，NO+與氮氣互為等電子體；

(2)①V元素原子核外電子數(shù)為23，失去4s2上2個電子形成V2+；

②配位原子提供孤對電子；

(3)根據(jù)N原子價層電子對數(shù)，確定N原子雜化方式；單鍵為σ鍵，雙鍵含有1個σ鍵、1個π鍵，注意C的四價結(jié)構；

(4)由石墨烯的結(jié)構圖可知，每個碳原子為3個正六邊形共有，則一個正六邊形含有6×=2，計算12石墨烯中碳原子數(shù)目，進而計算含有的正六邊形數(shù)目；Si原子半徑比碳原子半徑大，3p軌道不易重疊形成π鍵。

(1)①乙炔是為直線型對稱結(jié)構，分子中正負電荷重心重合，屬于非極性分子；

②CH3-離子中C原子價層電子對數(shù)為3+=4，含有1對孤電子對數(shù)，其空間構型為三角錐形；

③NO+與氮氣互為等電子體，NO+中N原子與O原子之間形成3對共用電子對，其電子式為；

(2)①V元素原子核外電子數(shù)為23，失去4s2上2個電子形成V2+，則V2+基態(tài)時核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d3(或[Ar]3d3)；

②由圖可知，N和S提供孤對電子，則釩固氨酶中釩的配位原子是S與N；

(3)由煙酰胺結(jié)構式可知，分子中氨基中N原子成3個σ鍵、含有1對孤電子對，雜化軌道數(shù)目為4，采取sp3雜化，而環(huán)中N原子成2個σ鍵、含有1對孤電子對，雜化軌道數(shù)目為3，采取sp2雜化；分子中含有4個C-H鍵、2個N-H鍵、3個C-C鍵、2個C-N鍵、4個雙鍵，其中單鍵均為σ鍵，雙鍵含有1個σ鍵、1個π鍵，則每個分子中含有15個σ鍵，故lmol該分子中含σ鍵數(shù)目為15NA；

(4)12g石墨烯中碳原子的物質(zhì)的量為=1mol，由石墨烯的結(jié)構圖可知，每個碳原子為3個正六邊形共有，則一個正六邊形平均含有碳原子數(shù)為6×=2，則一共含有的正六邊形數(shù)目為1mol××NAmol-1=0.5NA；Si原子半徑比碳原子半徑大，3p軌道不易重疊形成π鍵，硅不容易形成類似石墨烯的結(jié)構。

練習冊系列答案
相關習題

科目：高中化學 來源： 題型：

【題目】在一定條件下，已達平衡的可逆反應：2A(g)＋B(g)2C(g)，下列說法中正確的是 （ ）

A. 平衡時，此反應的平衡常數(shù)K與各物質(zhì)的濃度有如下關系：K＝

B. 改變條件后，該反應的平衡常數(shù)K一定不變

C. 如果改變壓強并加入催化劑，平衡常數(shù)會隨之變化

D. 若平衡時增加A和B的濃度，則平衡常數(shù)會減小

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科目：高中化學 來源： 題型：

【題目】根據(jù)下列實驗操作和現(xiàn)象所得到的結(jié)論正確的是

選項

實驗操作和現(xiàn)象

結(jié)論

A

室溫下，向苯酚鈉溶液中通入足量CO2，溶液變渾濁。

碳酸的酸性比苯酚的強

B

室溫下，向濃度均為0.1 mol·L–1的BaCl2和CaCl2混合溶液中滴加Na2SO4溶液，出現(xiàn)白色沉淀。

Ksp（BaSO4）＜Ksp（CaSO4）

C

室溫下，向FeCl3溶液中滴加少量KI溶液，再滴加幾滴淀粉溶液，溶液變藍色。

Fe3+的氧化性比I2的強

D

室溫下，用pH試紙測得：0.1mol·L–1Na2SO3溶液的pH約為10；0.1mol·L–1NaHSO3溶液的pH約為5。

HSO3–結(jié)合H＋的能力比
SO32–的強

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科目：高中化學 來源： 題型：

【題目】（1）1807年，英國化學家戴維在研究中發(fā)現(xiàn)：電解條件下可把水分解成H2和O2。他設想用電解的方法從KOH、NaOH中分離出K和Na。最初，戴維用飽和KOH溶液進行電解，不料還是得到H2和O2。這時，他考慮在無水條件下繼續(xù)這項實驗，但是，實驗中產(chǎn)生的金屬液珠一接觸空氣就立即燃燒起來；這時，他又考慮在________條件下電解熔融的KOH繼續(xù)實驗，最后他終于成功地得到了銀白色的金屬鉀。

（2）最近，德國科學家實現(xiàn)了銣原子氣體超流體態(tài)與絕緣態(tài)的可逆轉(zhuǎn)換，該成果將在量子計算機研究方面帶來重大突破。已知銣是37號元素，質(zhì)量數(shù)是85。根據(jù)材料回答下列問題：

Ⅰ.銣位于元素周期表的第________周期________族。

Ⅱ.關于銣的下列說法中正確的是________（填序號，下同）。

①與水反應比鈉更劇烈 ②Rb2O在空氣中易吸收水和二氧化碳 ③Rb2O2與水能劇烈反應并釋放出O2④它是極強的還原劑 ⑤RbOH的堿性比同濃度的NaOH弱

Ⅲ.現(xiàn)有銣和另一種堿金屬形成的合金5g，與足量水反應時生成標準狀況下的氣體2.24 L，則另一堿金屬可能是________（填元素符號）。

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科目：高中化學 來源： 題型：

【題目】氫氣是一種清潔能源，氫氣的制取與儲存是氫能源利用領域的研究熱點。

(1)熱分解法制氫。某溫度，H2O(g) H2(g)+1/2O2(g)。該反應平衡常數(shù)表達式K=_____

(2)熱化學循環(huán)制氫。制備H2的反應步驟如下：

①Br2(g) + CaO(s) = CaBr2(s) + 1/2O2(g) ΔH=－73 kJ·mol-1

②3FeBr2(s) + 4H2O(g) = Fe3O4(s) + 6HBr(g) + H2(g) ΔH=+384 kJ·mol-1

③CaBr2(s) + H2O (g) = CaO(s) + 2HBr(g) ΔH=+212 kJ·mol-1

④Fe3O4(s)+8 HBr(g) = Br2(g) + 3FeBr2(s) + 4H2O(g) ΔH=－274 kJ·mol-1

則 H2O(g) H2(g)+1/2O2(g) ΔH =_________kJ·mol－1。

(3)光電化學分解制氫，鈦酸鍶光電極:4OH-－4e- O2+2H2O，則鉑電極的電極反應為_______。

(4)水煤氣法制氫。CO(g) + H2O(g) CO2(g)+ H2(g) ΔH <0，在850℃時，K=1。

① 若升高溫度到950℃時，達到平衡時K_________1(填“＞”、“＜”或 “＝”)。

② 850℃時，若向一容積可變的密閉容器中同時充入1.0 mol CO、3.0 mol H2O、1.0 mol CO2 和x mol H2，若要使上述反應開始時向正反應方向進行，則x應滿足的條件是_________。

(5)甲烷制氫。將1.0 mol CH4和2.0 mol H2O (g)通入容積為100 L的反應室，在一定條件下發(fā)生反應：CH4(g) + H2O (g)＝CO (g) + 3H2(g)。測得達到平衡所需的時間為5 min，CH4的平衡轉(zhuǎn)化率為50%，則用H2表示該反應的平均反應速率為_____。

(6)LiBH4具有非常高的儲氫能力，分解時生成氫化鋰和兩種非金屬單質(zhì)。該反應的化學方程式為_____。

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科目：高中化學 來源： 題型：

【題目】已知X、Y、Z都是短周期的元素，它們的原子序數(shù)依次遞增，X原子的電子層數(shù)與它的核外電子總數(shù)相同，而Z原子的最外層電子數(shù)是次外層電子數(shù)的三倍，Y和Z可以形成兩種以上氣態(tài)化合物，則

（1）X的化學式是_____、Y的化學式是_____、Z的名稱是_____。

（2）由Y和Z組成，且Y和Z質(zhì)量比為7：20的化合物的化學式（分子式）是_____。

（3）由X、Y、Z中的兩種元素組成，且與X2Z分子具有相同電子數(shù)的一種陽離子是_____。

（4）由X、Y、Z元素按原子個數(shù)比為4：2：3組成的化合物，該化合物的化學式（分子式）是_____。

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科目：高中化學 來源： 題型：

【題目】肼(N2H4)在不同條件下分解產(chǎn)物不同，200 ℃時在Cu表面分解的機理如圖1。已知200 ℃時：

反應Ⅰ:3N2H4(g)＝N2(g)+4NH3(g) ΔH1=－32.9 kJ/mol

反應Ⅱ:N2H4(g)+H2(g)＝2NH3(g) ΔH2=－41.8 kJ/mol

下列說法不正確的是(　　)

A.圖1所示過程①是放熱反應，②是吸熱反應

B.反應Ⅱ的能量過程示意圖如圖2所示

C.斷開3 mol N2H4(g)中的化學鍵吸收的能量小于形成1 mol N2(g)和4 mol NH3(g)中的化學鍵釋放的能量

D.200 ℃時，肼分解生成氮氣和氫氣的熱化學方程式為：N2H4(g)= N2(g)+2H2(g)　ΔH=－50.7 kJ/mol

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科目：高中化學 來源： 題型：

【題目】鈦被稱為繼鐵、鋁之后的第三金屬，請回答下列問題：

(1)金紅石(TiO2)是鈦的主要礦物之一，基態(tài)Ti原子價層電子的排布圖為_________，基態(tài)O原子電子占據(jù)最高能級的電子云輪廓圖為 __________形。

(2)以TiO2為原料可制得TiCl4，TiCl4的熔、沸點分別為205K、409K，均高于結(jié)構與其相似的CCl4，主要原因是 __________________。

(3)TiCl4可溶于濃鹽酸得H2[TiCl6]，向溶液中加入NH4Cl濃溶液可析出黃色的(NH4)2[TiCl6]晶體。該晶體中微觀粒子之間的作用力有 ________。

A．離子鍵 B．共價鍵 C．分子間作用力 D．氫鍵 E．范德華力

(4)TiCl4可與CH3CH2OH、HCHO、CH3OCH3等有機小分子形成加合物。上述三種小分子中C原子的VSEPR模型不同于其他分子的是 _____，該分子中C的軌道雜化類型為________ 。

(5)TiO2與BaCO3一起熔融可制得鈦酸鋇。

①BaCO3中陰離子的立體構型為 ________。

②經(jīng)X射線分析鑒定，鈦酸鋇的晶胞結(jié)構如下圖所示（Ti4+、Ba2+均與O2－相接觸），則鈦酸鋇的化學式為 _________。已知晶胞邊長為a pm，O2－的半徑為b pm，則Ti4+、Ba2+的半徑分別為____________pm、___________pm。

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科目：高中化學 來源： 題型：

【題目】實驗室可用環(huán)己醇制備環(huán)己酮，使用的氧化劑可以是次氯酸鈉、重鉻酸鉀等。

已知：環(huán)己醇沸點：160.8℃，微溶于水；

環(huán)己酮沸點：155.6℃，微溶于水；

醋酸沸點117.9℃，和水以任意比例互溶。

下列裝置分別是產(chǎn)品的合成裝置和精制裝置示意圖：

合成實驗過程如下：

向裝有攪拌器、滴液漏斗和溫度計的三頸燒瓶中依次加入5.2mL環(huán)己醇和25mL冰醋酸。開動攪拌器，將40mL次氯酸鈉溶液逐漸加入到反應瓶中，并使瓶內(nèi)溫度維持在30～35℃，用磁性攪拌器攪拌5min。然后，在室溫下繼續(xù)攪拌30min后，在合成裝置中再加入30mL水、3g氯化鋁和幾粒沸石，加熱蒸餾至餾出液無油珠滴出為止�；卮鹣铝袉栴}：

（1）在合成裝置中，甲裝置的名稱是_____________。

（2）三頸燒瓶的容量為_____________（填“50mL"、“100mL”或“250mL"）。

（3）滴液漏斗具有特殊的結(jié)構，主要目的是_____________。

（4）蒸餾完成后，向餾出液中分批加入無水碳酸鈉至反應液呈中性為止，其目的是_____________。然后加入精制食鹽使之變成飽和溶液，將混合液倒入_____________中，分離得到有機層。

（5）用如圖對粗產(chǎn)品進行精制，蒸餾收集_____________℃的餾分。

（6）檢驗環(huán)己酮是否純凈，可使用的試劑為_____________。

A．重鉻酸鉀溶液B．金屬鈉C．新制的氫氧化銅懸濁液D．醋酸溶液

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